JP4724136B2 - 可変共振器、可変フィルタ、電気回路装置 - Google Patents
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Description
即ち、環状に配置されたN個〔NはN≧3を満たす整数〕の線路と、2個以上の回路開閉器と、N個のリアクタンス回路とを備えていて、各線路のうち少なくとも1個は、回路開閉器が接続され、各回路開閉器は、その一端が線路に電気的に接続され、その他端が接地導体に電気的に接続され、接地導体と線路との電気的接続/非接続を切り替え可能であり、各回路開閉器の一端が線路に接続する部位はそれぞれ異なり、各リアクタンス回路は、それぞれ同じリアクタンス値をとり、環状線路の周長はリアクタンス値に応じて定められ、各線路の線路長は、各線路の線路長の合計が1波長あるいはその整数倍に相当する共振周波数において電気長で等しく、各線路間に、1個のリアクタンス回路が直列に電気的接続された可変共振器である。
即ち、誘電体基板上に設けられた環状線路と、2個以上の回路開閉器と、N個〔NはN≧3を満たす整数〕のリアクタンス回路とを備えていて、各回路開閉器は、その一端が環状線路に電気的に接続され、その他端が誘電体基板上に形成された接地導体に電気的に接続され、接地導体と環状線路との電気的接続/非接続を切り替え可能であり、各回路開閉器の一端が環状線路に接続する部位はそれぞれ異なり、各リアクタンス回路が、環状線路に対して並列に、かつ、環状線路の周方向に沿って等間隔に、電気的に接続された可変共振器とされる。なお、各リアクタンス回路は、それぞれ同じリアクタンス値をとり、環状線路の周長はリアクタンス値に応じて定められる。
即ち、誘電体基板上に設けられた、線路長が同じN個〔NはN≧3を満たす整数〕の線路と、2個以上の回路開閉器と、N個のリアクタンス回路とを備えていて、各線路のうち少なくとも1個は、回路開閉器が接続され、各回路開閉器は、その一端が線路に電気的に接続され、その他端が誘電体基板上に形成された接地導体に電気的に接続され、接地導体と線路との電気的接続/非接続を切り替え可能であり、各回路開閉器の一端が線路に接続する部位はそれぞれ異なり、各リアクタンス回路は、それぞれ同じリアクタンス値をとり、環状線路の周長はリアクタンス値に応じて定められ、各線路間に、1個のリアクタンス回路が直列に電気的接続された可変共振器である。
上述の可変共振器では、その共振周波数における信号の損失は、主に可変共振器を構成する線路によって支配され、回路開閉器などによる挿入損失の影響が小さい。このため、受動素子を備えた構成が可能である。
このような受動素子を備える場合では、接地導体と、接地導体に電気的に接続された回路開閉器の他端との電気的接続を、受動素子を介して行うか、受動素子を介さずに行うかのいずれかに切り替え可能な切替器を備える構成とすることもできる。
なお、上述の可変共振器では、各回路開閉器のうちいずれか1つが、接地導体と環状線路との電気的接続を行うとするのがよい。
上述の可変共振器を用いることで、信号の通過帯域幅を大幅に変更可能なものであり、さらに、リアクタンス回路のリアクタンス値によって可変共振器の大きさを左右することができるから、適切なリアクタンス値を持つリアクタンス回路とすることで、可変フィルタを任意の大きさで作製することができる。
リアクタンス回路のリアクタンス値に応じて中心周波数が定まるが、その中心周波数において90°位相が変化するように位相可変回路を調整することで、帯域幅を変化可能な可変フィルタが実現する。
可変共振器(900)の2つの具体的形態として、可変共振器(900a)を図47(A)に、可変共振器(900b)を図47(B)に例示する。以下、可変共振器(900a)および可変共振器(900b)のいずれかであればよい場合は、符号900を割り当てて可変共振器(900)と云うことにする。ここでは、マイクロストリップ線路構造として構成した場合の可変共振器(900)について説明する。
ここで「長さ」は、環状線路の周長のことであり、線路上の或る位置から一周して当該位置に戻るまでの長さである。
ここで「所望の共振周波数」は、一般的に共振器に要求される性能の一要素であり、任意の設計事項である。なお、可変共振器(900)は、交流回路において用いることができ、対象とする共振周波数に格別の限定は無いが、例えば共振周波数を100kHz以上の高周波数とする場合に有用である。
以下、環状線路体(101)を可変共振器(900)として説明を行う。また、図が煩雑になるのを避けるため、環状線路体(101)を図示するに際しては、スイッチ(903)の表示を略する場合がある。
インピーダンスZをZ=R+jX〔jは虚数単位〕と表すとすると、リアクタンス回路(102)は、理想的には、リアクタンス回路そのもののインピーダンスZLについてR=0とされるリアクタンス回路である。現実的にはR≠0であるが、本発明の基本的な原理には係わらない。リアクタンス回路(102)の具体例としては、キャパシタ、インダクタ、伝送線路などの回路素子、これらのうち同種のものを複数組み合わせた回路、これらのうち異種のものを複数組み合わせた回路などが挙げられる。この明細書では、「リアクタンス回路」を例えば1個のキャパシタで構成する場合の如く単一の回路素子で構成する場合であっても、線路(902)との有機的な関係から「回路」の呼称を用いている。
上述の条件は、後述の種々のリアクタンス回路(102)に共通する。この条件のため、N個のリアクタンス回路(102)を全て同種のものとすることが望ましいが、前述のとおり同じリアクタンス値を取るという条件を達成できるのであれば必ずしも同種のリアクタンス回路である必要はない。ここでは、この趣旨を包含することを前提に、リアクタンス回路に同じ符号102を割り当てて説明する。
なお、スイッチ(903)は、所望の帯域幅を得ることができるように線路(902)に対する接続位置が設定される。従って、リアクタンス回路(102)が接続される位置にスイッチ(903)を接続することを妨げるものではない。
可変共振器(100b)では、M個〔Mは、4以上の偶数である。〕のリアクタンス回路(102)が、線路(902)に対して並列に、電気的に接続される。詳しくは、線路(902)の周長が1波長あるいはその整数倍に相当する共振周波数を基準として、M/2−1個のリアクタンス回路(102)がそれぞれ、線路(902)上で任意に定めた或る位置K1から線路(902)の一周分の電気長の半分の位置K2まで、線路(902)の周方向〔順方向〕に沿って等電気長間隔で接続される。但し、ここで等電気長間隔とは、位置K1および位置K2にはリアクタンス回路(102)を設けないとした条件での等電気長間隔を意味する。同様に、残りのリアクタンス回路(102)のうちM/2−1個のリアクタンス回路(102)がそれぞれ、位置K1から位置K2まで、順方向とは逆の方向で線路(902)の周方向に沿って等電気長間隔で接続される。但し、ここでの等電気長間隔も、既述のとおり、位置K1および位置K2にはリアクタンス回路(102)を設けないとした条件での等電気長間隔を意味する。そして、残りの2個のリアクタンス回路(102)が、位置K2に接続される。
誘電体基板(905)の比誘電率が均一である場合など線路(902)上で電気長に影響が無い場合には、等電気長間隔は、物理長の等間隔に一致する。このような場合では、線路(902)上で任意に定めた或る位置K〔位置K1に相当する。〕から線路(902)の周方向に沿って線路(902)の長さL〔以下、周長とも云う。〕の半分の位置〔位置K2に相当する。〕まで、M/2個のリアクタンス回路(102)がそれぞれ、位置Kから時計回りに線路(902)に沿って(L/M)×m〔mは、1≦m≦M/2を満たす整数〕の距離だけ離れた位置に並列に接続され、同様に、位置Kから線路(902)の周方向に沿って周長Lの半分の位置〔位置K2に相当する。〕まで、残りのM/2個のリアクタンス回路(102)がそれぞれ、位置Kから反時計回りに線路(902)に沿って(L/M)×m〔mは、1≦m≦M/2を満たす整数〕の距離だけ離れた位置に並列に接続される。つまり、位置Kにはリアクタンス回路(102)は接続されず、位置Kから時計回りあるいは反時計回りに線路(902)に沿って(L/M)×M/2の距離だけ離れた位置には2個のリアクタンス回路(102)が並列に接続される。ここで「時計回り」「反時計回り」とは、図の紙面の表から見た場合の周回方向を云うものとする〔以下同様〕。
なお、図3〜図6では、可変共振器(100a)、可変共振器(100b)のそれぞれの周波数特性を回路シミュレーション結果として示すことから、可変共振器(100a)、可変共振器(100b)に伝送線路であるPort1−Port2で示す信号入出力線路(7)を並列接続したものを図示している。入出力線路(7)と可変共振器(100a)、可変共振器(100b)とを結ぶ線は、シミュレーション対象の回路において入出力線路(7)と線路(902)とが電気的に接続されていることを表している。
詳細については上記文献〔特願2006−244707〕に譲るが、環状線路体(101)、つまり可変共振器(900)は、導通状態〔以下、ON状態とも云う。〕にするスイッチ(903)を1つ選択することで、線路(902)の周長が1波長あるいはその整数倍に相当する共振周波数の周辺に生じる零点の位置を動かすことが可能である。ここで零点は、環状線路体(101)に入出力線路(7)を並列接続した回路の伝達係数(Transmission Coefficient:単位はデシベル[dB])が極小、つまり挿入損失が極大となる周波数である。この零点の位置によって帯域幅が決まるため、導通状態にするスイッチ(903)の選択に応じて、環状線路体(101)の帯域幅を大幅に変化させることが出来る。
また環状線路体(101)では、環状線路(902)の採用によって、環状線路(902)の周長が1波長あるいはその整数倍に相当する共振周波数の信号が、スイッチ(903)の寄生抵抗および寄生リアクタンスに影響を受けないという特徴を有する。このため、例えば寄生抵抗を有するスイッチ(903)を設けた可変共振器(900)を用いて帯域通過型フィルタを形成した場合、通過帯域となる、環状線路(902)の周長が1波長あるいはその整数倍に相当する共振周波数において挿入損失がスイッチ(903)の抵抗の影響を受けないため、挿入損失を小さくすることが出来る。
下記参考文献に拠れば、円環状の線路をその中心に関して対称な2箇所の位置で切断し、各切断箇所にリアクタンス回路の1つであるキャパシタ(10)を挿入した構成の共振器とすることで、キャパシタ(10)の容量値に応じて、共振器の共振周波数が異なるものとすることができる。そこで、この技術事項を、帯域幅を大幅に変更可能な可変共振器(900)に適用することで、帯域幅を大幅に変更可能でありながら共振周波数がリアクタンス値に応じて定まった可変共振器を実現できるように思える。しかしながら、環状線路を2箇所で切断し、切断した各箇所にリアクタンス回路を挿入する技術事項を、帯域幅を大幅に変更可能な可変共振器(900)に適用しても、帯域幅を大幅に変更可能でありながら共振周波数がリアクタンス値に応じて定まった可変共振器を実現できない。このことを、環状線路を2箇所で切断し各切断箇所にリアクタンス回路を挿入する技術事項を、帯域幅を大幅に変更可能な可変共振器(900)に適用した可変共振器(850)を用いて説明する〔図3参照〕。図3に示す回路は、可変共振器(850)を、伝送線路であるPort1−Port2で示す入出力線路(7)に並列接続したものである。
(参考文献) T.Scott Martin, FuchenWang and Kai Chang, "ELECTRONICALLY TUNABLE AND SWITCHABLE FILTERS USING MICROSTRIP RING RESONATOR CIRCUITS", IEEE MTT-S Digest, 1988, pp.803-806.
『キャパシタ(10)の容量値が0pFの時、即ちキャパシタ(10)を接続していない時、挿入損失が極小となる周波数が5.0GHzとなるように環状線路(902)の長さを設定する。キャパシタ(10)の容量値を0pFから連続的に変化させたときに、容量値の変化に応じて挿入損失が極小となる周波数が5GHzから連続的に低周波側に変化する。この連続的に変化した挿入損失が極小となる周波数を、ここで論じる共振周波数とする。』
入出力ポート、入出力線路などの付随する回路については図5で示した回路と同様で、また周波数特性についても図5の場合と同様にPort1からPort2へと伝達する信号の伝達係数である。それぞれの回路構成において、点線αで囲った2個のキャパシタ(10)については、2倍の容量のキャパシタ1個に置換としてもよい。この場合、キャパシタ(10)の個数は図6A〜図6Cにおいてそれぞれ35個、5個、3個となる。
まずリアクタンス回路として容量性リアクタンス回路、例えばキャパシタを装荷した場合について説明する。可変共振器(100a)の場合として図5Dを参照すれば、図示の例では前述したように可変共振器(100a)を構成する環状線路(902)の周長Lは5GHzの周波数に相当する1波長となっている。従って、キャパシタを装荷しない場合にその共振周波数は5GHzとなるが、1.0pFのキャパシタを装荷したため、この可変共振器(100a)は3.6GHzを共振周波数とする可変共振器(100a)となっている〔図5Dの下段のグラフを参照〕。つまり、図5Dに示す可変共振器(100a)は、1.0pFのキャパシタを装荷することで、5GHzの周波数に相当する1波長の周長Lの環状線路(902)を備えながら、3.6GHzを共振周波数とする可変共振器として動作する。ところで、3.6GHzを共振周波数とする可変共振器をキャパシタの装荷無しで構成する場合、つまり可変共振器(900)とする場合のその環状線路(902)の周長Lは3.6GHzの周波数に相当する1波長となる。これを誘電体の厚さが0.5mm、比誘電率が9.6のアルミナ基板で、マイクロストリップ構造を採用して作製する場合、可変共振器(900)の環状線路(902)の周長Lは32mmとなる。これに比して、先に述べた5GHzの周波数に相当する1波長の環状線路(902)と1.0pFのキャパシタを用いた可変共振器(100a)では、同条件下で、その環状線路(902)の周長Lはおよそ23mmとなる。従って、同じ性能のものでありながら周長をおよそ1cm短いものとして実現することができると共に、環状線路(902)が真円であるとするとその面積はキャパシタを装荷していない場合のおよそ2分の1になる。このようにキャパシタを装荷した場合、同じ性能を有するものでありながら可変共振器の小型化を図ることが可能である。
伝送線路(12)の一端は線路(902)に接続され、伝送線路(12)の他端は開放とされる。但し、伝送線路(12)の他端を開放とすることは必須の技術事項ではなく、例えば接地するようにしてもよい。
リアクタンス回路(102)の構成は、図10に示す可変共振器(100e)と同じである。但し、図11でリアクタンス回路(102a)は、構成自体はリアクタンス回路(102)の構成と同じであるが、伝送線路の特性インピーダンスをZ/2とする。もちろん、リアクタンス回路(102a)が線路(902)に接続する部位に、リアクタンス回路(102)を2つ並列に接続してもよい〔図12参照〕。
スイッチ(903)は、所望の帯域幅が得られるように線路(902)に対する接続位置が設定されるところ、切断後の各切断線路でもその接続位置は変わらない。従って、各切断線路では、スイッチ(903)が接続されない切断線路がある場合もある。
図18に、上述の可変共振器(100)を2つ用いて〔図18では可変共振器(100a)を例示している。〕、各可変共振器(100)が入出力線路(7)に並列接続する部位同士の間に位相可変回路である可変位相器(700)を挿入した、可変フィルタ〔可変帯域通過型フィルタ〕(200)を示す。一般に2つ以上の共振器を用いて、隣接する共振器間を共振器の共振周波数において90°位相変化する線路〔共振周波数における4分の1波長の線路〕で結ぶと、帯域通過型フィルタが得られる。なお、可変共振器(100)間は、可変共振器(100)の共振周波数における4分の1波長の線路で接続されることが望ましいが、これに限ったものではない。ただし、4分の1波長以外あるいはその奇数倍の波長以外の長さの線路で接続した場合には、可変共振器(100)の特性が同一でないと可変共振器の共振周波数からずれた帯域に通過帯域が現れる。これは4分の1波長もしくはその奇数倍の線路で接続した場合は、回路全体の共振周波数〔中心周波数〕は各可変共振器の共振周波数となるのに対し、それ以外では、可変共振器および入出力線路からなる回路全体が直列共振する周波数において、信号が伝達するためである。この理に基づき、可変共振器(100)および可変位相器(700)を用いることで、可変帯域通過型フィルタ(200)が実現する。また、可変共振器の共振周波数からずれた帯域に通過帯域が現れることを許容できる場合、共振器間の位相を変化させることにより、通過帯域内の特性を変化させることが可能であるため、この目的で可変位相器を用いることもできる。図18に示す例では2個の可変共振器(100)を用いて可変帯域通過型フィルタ(200)を構成したが、2個以上の可変共振器(100)を用いて可変帯域通過型フィルタ(200)を構成することができる。この場合、各可変共振器(100)が入出力線路(7)に並列接続する部位同士の間に可変位相器(700)を挿入すればよい。
なお、可変位相器(700)を挿入することなく、各可変共振器(100)が入出力線路(7)に並列接続する部位同士の間を、可変共振器(100)の共振周波数における4分の1波長の線路で接続した可変フィルタとすることもできる。
[1]rを2以上の整数として、2つの単極r投スイッチ(77)を備え、双方のr投側端子で長さの異なるr個の伝送線路(181)〜(18r)のうち同じ1つの伝送線路を選択することで、ポートR1、R2間の信号位相を可変とする(図19参照)。
[2]伝送線路(18)に沿って2個以上のバリアブルキャパシタ(19)を接続し、各バリアブルキャパシタ(19)の伝送線路(18)に接続される端部とは反対側の端部を接地する。各バリアブルキャパシタ(19)の容量値を設計事項として適宜に変更することで、ポートR1、R2間の信号位相を可変とする(図20参照)。
[3]伝送線路(18)に沿って2個以上のスイッチ(20)を接続し、各スイッチ(20)の伝送線路(18)に接続される端部とは反対側の端部を伝送線路(21)に接続する。各スイッチ(20)の導通状態を設計事項として適宜に変更することで、ポートR1、R2間の信号位相を可変とする(図21参照)。
[4]バリアブルキャパシタ(19)として、その容量値を設計事項として適宜に変更することで、ポートR1、R2間の信号位相を可変とする(図22参照)。
[5]ポートR1、R2間の入出力線路(7)に並列にバリアブルキャパシタ(19)を接続し、バリアブルキャパシタの入出力線路(7)に接続される端部とは反対側の端部を接地する。バリアブルキャパシタの容量値を設計事項として適宜に変更することで、ポートR1、R2間の信号位相を可変とする(図23参照)。
[6]可変インダクタとして、そのインダクタ値を設計事項として適宜に変更することで、ポートR1、R2間の信号位相を可変とする(図24参照)。
[7]ポートR1、R2間の入出力線路(7)に並列に可変インダクタを接続し、可変インダクタの入出力線路(7)に接続される端部とは反対側の端部を接地する。可変インダクタのインダクタ値を設計事項として適宜に変更することで、ポートR1、R2間の信号位相を可変とする(図25参照)。
図5A、図5Bを参照すると、0.1pFの容量のキャパシタが装荷されている場合、同条件下では、共振周波数は装荷したキャパシタの数が多いほど大きく変化していることがわかる。これは共振周波数を同じ値まで変化させようとした場合、装荷するキャパシタの数が多いほど、1個あたりの容量値は小さくて良いことを意味する。このため、可変共振器を作製するに当たり、大きな容量を持つキャパシタ1個を基板上に装荷することが困難な場合、代わりに容量の小さなキャパシタを多数設けることで同等の結果が得られる可能性がある。特に集積回路製作プロセスのような、同じデバイスを1度に多数個製作することが得意な技術を用いれば、容易に実現可能であると言える。
可変共振器(100)に限らず共振器を作製する基板の誘電率は、同じ材質で同じ製作方法であっても、製作時の諸条件によって基板間や同一基板内でも一定ではないことがある。このため、同じ寸法の共振器を基板上に形成しても、各共振器の共振周波数がそれぞれ異なる現象が発生する。したがって、共振器を用いた一般のフィルタにおいては調整作業を必要とする場合がある。伝送線路を用いた共振器では、その長さを削ったりすることで調整することが一般的であるが、環状の線路を備える共振器ではそれは不可能である。また、キャパシタなどのリアクタンス素子を付加して調整することも一般的であるが、共振器の設計環境によっては、このような調整方法も万能ではない。或る中心周波数で帯域幅だけを大幅に変更可能とするような共振器であれば、安易にリアクタンス素子を付加して調整することはできない場合が多い。このような現状において、可変共振器(100)であれば有利な効果を享受できる。例えばリアクタンス回路(102)を全く接続していない場合、設計値である共振周波数で共振するように設計した可変共振器(100)が、設計時に用いた基板の誘電率に比べ実際の基板の誘電率が低く、設計共振周波数より高い周波数で共振してしまった場合、適切なリアクタンス値を持つリアクタンス回路(102)を可変共振器(100)に接続することで、容易に設計共振周波数に調整することが可能である。そして、可変共振器(100)では、導通状態にするスイッチ(903)の位置の変更が共振周波数に影響を与えることは無い。
可変共振器(100)について、信号供給点から線路(902)に沿って、設計共振周波数における電気長πのw倍〔w=0,1,2,3,・・・〕の位置のスイッチ(903)をON状態とすることで、信号供給点における入力インピーダンスを0にすることができる。従って、可変共振器(100)を用いて可変フィルタを構成する場合、設計共振周波数における電気長πのw倍の位置のスイッチ(903)をON状態とすることで、当該設計共振周波数の信号を通過させないことができる。一方、前記位置のスイッチ(903)をOFF状態とすることで、前記設計共振周波数の信号を通過させることができる。そこで、信号遮断としてではなく、所望の周波数の信号を通過させることを主目的として可変フィルタを構成するならば、そもそも設計共振周波数における電気長πの整数倍の位置にスイッチ(903)を設けておく必要がない。一例として図31に示すように、線路(902)を円形としその長さを設計共振周波数における1波長とした場合では、信号供給点と線路(902)の中心に関して対称の位置が電気長πの整数倍となる位置であり、これら2箇所にスイッチを設けない構成が可能である。
そこで、抵抗を積極的に活用した構成も採用できる。例えば、低抵抗の切替器であるスイッチ(35)を用いて、接地導体(904)に直接的に接続する場合と、スイッチ(35)の抵抗よりも高い数Ω〜数十Ωの抵抗器(70)を介して接地導体(904)に接続する場合を切り替えるというように、積極的に抵抗を利用する場合が考えられる〔図33参照〕。この揚合、数Ω〜数十Ωの抵抗器(70)を介することによって、この抵抗によって影響を受ける帯域において信号の伝搬を抑制する場合と、できるだけ低抵抗にして抵抗によって影響を受ける帯域付近の信号も伝搬する場合を選択することが可能となる。
ここでは、抵抗器を用いる場合を示したが、抵抗器に限定されず、例えば可変抵抗器、インダクタ、可変インダクタ、キャパシタ、バリアブルキャパシタ、圧電素子などを例示できる受動素子を用いることができる。
一般的に、図41Aに示す構成よりも図41Bに示す構成の方が良好な挿入損失を得られる。伝送線路と環状線路との間に磁界結合が生じた結果、接続部位でのインピーダンスが低下して、入力信号が反射することで損失が生じているのであるが、環状線路の形状である楕円の長径を伝送線路(7)に対して直交するように可変共振器を伝送線路に接続したことで、伝送線路(7)と環状線路(902)との磁界結合が低減することに因る。
なお、複数の可変共振器を備えた回路構成の便宜などに鑑みて、図44Bに示すような可変共振器と伝送線路との接続構成も可能である。
図44Aおよび図44Bでは、線路(902)と伝送線路(7)とを一体形成あるいは別々の部材として同じ層で電気的に接合したものとして例示しているが、図42Aに示す如く多層構造として構成することも可能である。
図45に示す構成は、図44に示す構成に比して良好な挿入損失を得られる。
これは、伝送線路(7)と可変共振器の線路(902)との位置関係が一層離れていることに加え、伝送線路(7)と線路(902)との接続部位の近傍において、図44に示す接続構成の場合では伝送線路(7)とおよそ平行な線路部分が線路(902)に存在することに対して、図45に示す接続構成の場合では伝送線路(7)とおよそ平行な線路部分が線路(902)にほとんど存在しないため、磁界結合がより一層生じにくいためである。従って、図45では涙滴型の線路(902)としたがこのような形状に限定されず、磁界結合を生じにくくする伝送線路(7)と線路(902)との接続構成であればよい。
図46に、コプレーナ導波路による場合を例示する。誘電体基板の同一面上に、接地導体(1010)と接地導体(1020)とが配置され、これらの間隙に、可変共振器が接続した伝送線路(7)が配置される。また、可変共振器の線路(902)の内側に、線路(902)とは非接触に接地導体(1030)が配置される。接地導体(1020)と接地導体(1030)とは、電位を揃えるためエアブリッジ(95)が架橋されて電気的に接続されている。なお、エアブリッジ(95)は、コプレーナ導波路による場合において必須の構成要素ではなく、例えば、接地導体(1010)や伝送線路(7)などが配置された誘電体基板の面とは反対側の面上に背面接地導体〔図示しない。〕を配置し、接地導体(1030)と背面接地導体とをビアホールを介して電気的に接続し、接地導体(1020)と背面接地導体とをビアホールを介して電気的に接続することで、接地導体(1020)と接地導体(1030)との電位を揃える構成であってもよい。
200、300 可変フィルタ
Claims (24)
- 環状線路と、
2個以上の回路開閉器と、
N個〔NはN≧3を満たす整数〕のリアクタンス回路と
を備え、
上記各回路開閉器は、その一端が上記環状線路に電気的に接続され、その他端が接地導体に電気的に接続され、当該接地導体と上記環状線路との電気的接続/非接続を切り替え可能であり、
上記各回路開閉器の一端が上記環状線路に接続する部位はそれぞれ異なり、
上記各リアクタンス回路は、それぞれ同じリアクタンス値をとり、
上記環状線路の周長は上記リアクタンス値に応じて定められ、
上記各リアクタンス回路が、上記環状線路の周方向に沿って、上記環状線路の周長が1波長あるいはその整数倍に相当する共振周波数において等電気長間隔で、かつ、上記環状線路に対して並列に、電気的に接続された
ことを特徴とする可変共振器。 - 環状線路と、
2つ以上の回路開閉器と、
M個〔Mは、4以上の偶数である。〕のリアクタンス回路と
を備え、
上記各回路開閉器は、その一端が上記環状線路に電気的に接続され、その他端が接地導体に電気的に接続され、当該接地導体と上記環状線路との電気的接続/非接続を切り替え可能であり、
上記各回路開閉器の一端が上記環状線路に接続する部位はそれぞれ異なり、
上記各リアクタンス回路は、それぞれ同じリアクタンス値をとり、
上記環状線路の周長は上記リアクタンス値に応じて定められ、
上記環状線路の周長が1波長あるいはその整数倍に相当する共振周波数を基準として、
M/2−1個の上記リアクタンス回路がそれぞれ、上記環状線路上で任意に定めた或る位置K1から上記環状線路の一周分の電気長の半分の位置K2まで、上記環状線路の周方向〔以下、順方向という。〕に沿って等電気長間隔で、かつ、上記環状線路に対して並列に、電気的に接続され〔但し、上記位置K1および上記位置K2を除く。〕、
M/2−1個の上記リアクタンス回路がそれぞれ、上記位置K1から上記位置K2まで、上記順方向とは逆の方向で上記環状線路の周方向に沿って等電気長間隔で、かつ、上記環状線路に対して並列に、電気的に接続され〔但し、上記位置K1および上記位置K2を除く。〕、
2個の上記リアクタンス回路が、上記環状線路に対して並列に、かつ、上記位置K2に、電気的に接続された
ことを特徴とする可変共振器。 - 環状線路と、
2つ以上の回路開閉器と、
M−2個〔Mは、4以上の偶数である。〕の第1リアクタンス回路と、
1個の第2リアクタンス回路と
を備え、
上記各回路開閉器は、その一端が上記環状線路に電気的に接続され、その他端が接地導体に電気的に接続され、当該接地導体と上記環状線路との電気的接続/非接続を切り替え可能であり、
上記各回路開閉器の一端が上記環状線路に接続する部位はそれぞれ異なり、
上記各第1リアクタンス回路は、それぞれ同じリアクタンス値をとり、上記第2リアクタンス回路は、上記各第1リアクタンス回路のリアクタンス値の半分の値をとるものとし、
上記環状線路の周長は上記リアクタンス値に応じて定められ、
上記環状線路の周長が1波長あるいはその整数倍に相当する共振周波数を基準として、
M/2−1個の上記第1リアクタンス回路がそれぞれ、上記環状線路上で任意に定めた或る位置K1から上記環状線路の一周分の電気長の半分の位置K2まで、上記環状線路の周方向〔以下、順方向という。〕に沿って等電気長間隔で、かつ、上記環状線路に対して並列に、電気的に接続され〔但し、上記位置K1および上記位置K2を除く。〕、
M/2−1個の上記第1リアクタンス回路がそれぞれ、上記位置K1から上記位置K2まで、上記順方向とは逆の方向で上記環状線路の周方向に沿って等電気長間隔で、かつ、上記環状線路に対して並列に、電気的に接続され〔但し、上記位置K1および上記位置K2を除く。〕、
上記第2リアクタンス回路が、上記環状線路に対して並列に、かつ、上記位置K2に、電気的に接続された
ことを特徴とする可変共振器。 - 環状に配置されたN個〔NはN≧3を満たす整数〕の線路と、
2個以上の回路開閉器と、
N個のリアクタンス回路と
を備え、
上記各線路のうち少なくとも1個は、上記回路開閉器が接続され、
上記各回路開閉器は、その一端が上記線路に電気的に接続され、その他端が接地導体に電気的に接続され、当該接地導体と上記線路との電気的接続/非接続を切り替え可能であり、
上記各回路開閉器の一端が上記線路に接続する部位はそれぞれ異なり、
上記各リアクタンス回路は、それぞれ同じリアクタンス値をとり、
上記環状線路の周長は上記リアクタンス値に応じて定められ、
上記各線路の線路長は、上記各線路の線路長の合計が1波長あるいはその整数倍に相当する共振周波数において電気長で等しく、
上記各線路間に、1個の上記リアクタンス回路が直列に電気的接続された
ことを特徴とする可変共振器。 - M−2個〔Mは、4以上の偶数である。〕の第i線路〔iは、1≦i≦M−2の整数〕と、第0線路と、
2つ以上の回路開閉器と、
M個のリアクタンス回路と
を備え、
上記各第i線路あるいは上記第0線路のうち少なくとも1個は、上記回路開閉器が接続され、
上記各回路開閉器は、その一端が上記各第i線路あるいは上記第0線路のうちいずれか〔以下、接続線路という。〕に電気的に接続され、その他端が接地導体に電気的に接続され、当該接地導体と上記接続線路との電気的接続/非接続を切り替え可能であり、
上記各回路開閉器の一端が上記接続線路に接続する部位はそれぞれ異なり、
上記各リアクタンス回路は、それぞれ同じリアクタンス値をとり、
上記環状線路の周長は上記リアクタンス値に応じて定められ、
上記第0線路の一端は、1個の上記リアクタンス回路を直列に介して、上記第i線路〔i=1〕の一端に電気的に接続され、
上記第i線路〔iは、1≦i<M/2−1の整数〕の他端は、1個の上記リアクタンス回路を直列に介して、上記第i+1線路の一端に電気的に接続され、
上記第i線路〔i=M/2−1〕の他端は、直列接続された2個の上記リアクタンス回路を直列に介して、上記第i+1線路の一端に電気的に接続され、
上記第i線路〔iは、M/2−1<i<M−2の整数〕の他端は、1個の上記リアクタンス回路を直列に介して、上記第i+1線路の一端に電気的に接続され、
上記第0線路の他端は、1個の上記リアクタンス回路を直列に介して、上記第i線路〔i=M−2〕の他端に電気的に接続され、
上記各線路の線路長の合計が1波長あるいはその整数倍に相当する共振周波数を基準として、
上記第0線路上で任意に定めた或る位置Kから上記第0線路の上記一端までの電気長と、上記第i線路〔iは、1≦i≦M/2−1の整数〕の電気長は等しく、
上記位置Kから上記第0線路の上記他端までの電気長と、上記第i線路〔iは、M/2−1<i≦M−2の整数〕の電気長は等しい
ことを特徴とする可変共振器。 - M−2個〔Mは、4以上の偶数である。〕の第i線路〔iは、1≦i≦M−2の整数〕と、第0線路と、
2つ以上の回路開閉器と、
M−1個の第1リアクタンス回路と、
1個の第2リアクタンス回路と
を備え、
上記各第i線路あるいは上記第0線路のうち少なくとも1個は、上記回路開閉器が接続され、
上記各回路開閉器は、その一端が上記各第i線路あるいは上記第0線路のうちいずれか〔以下、接続線路という。〕に電気的に接続され、その他端が接地導体に電気的に接続され、当該接地導体と上記接続線路との電気的接続/非接続を切り替え可能であり、
上記各回路開閉器の一端が上記接続線路に接続する部位はそれぞれ異なり、
上記各第1リアクタンス回路は、それぞれ同じリアクタンス値をとり、上記第2リアクタンス回路は、上記各第1リアクタンス回路のリアクタンス値の二倍の値をとるものとし、
上記環状線路の周長は上記リアクタンス値に応じて定められ、
上記第0線路の一端は、1個の上記第1リアクタンス回路を直列に介して、上記第i線路〔i=1〕の一端に電気的に接続され、
上記第i線路〔iは、1≦i<M/2−1の整数〕の他端は、1個の上記第1リアクタンス回路を直列に介して、上記第i+1線路の一端に電気的に接続され、
上記第i線路〔i=M/2−1〕の他端は、上記第2リアクタンス回路を直列に介して、上記第i+1線路の一端に電気的に接続され、
上記第i線路〔iは、M/2−1<i<M−2の整数〕の他端は、1個の上記第1リアクタンス回路を直列に介して、上記第i+1線路の一端に電気的に接続され、
上記第0線路の他端は、1個の上記第1リアクタンス回路を直列に介して、上記第i線路〔i=M−2〕の他端に電気的に接続され、
上記各線路の線路長の合計が1波長あるいはその整数倍に相当する共振周波数を基準として、
上記第0線路上で任意に定めた或る位置Kから上記第0線路の上記一端までの電気長と、上記第i線路〔iは、1≦i≦M/2−1の整数〕の電気長は等しく、
上記位置Kから上記第0線路の上記他端までの電気長と、上記第i線路〔iは、M/2−1<i≦M−2の整数〕の電気長は等しい
ことを特徴とする可変共振器。 - 誘電体基板上に設けられた環状線路と、
2個以上の回路開閉器と、
N個〔NはN≧3を満たす整数〕のリアクタンス回路と
を備え、
上記各回路開閉器は、その一端が上記環状線路に電気的に接続され、その他端が誘電体基板上に形成された接地導体に電気的に接続され、当該接地導体と上記環状線路との電気的接続/非接続を切り替え可能であり、
上記各回路開閉器の一端が上記環状線路に接続する部位はそれぞれ異なり、
上記各リアクタンス回路は、それぞれ同じリアクタンス値をとり、
上記環状線路の周長は上記リアクタンス値に応じて定められ、
上記各リアクタンス回路が、上記環状線路に対して並列に、かつ、上記環状線路の周方向に沿って等間隔に、電気的に接続された
ことを特徴とする可変共振器。 - 誘電体基板上に設けられた環状線路と、
2つ以上の回路開閉器と、
M個〔Mは、4以上の偶数である。〕のリアクタンス回路と
を備え、
上記各回路開閉器は、その一端が上記環状線路に電気的に接続され、その他端が誘電体基板上に形成された接地導体に電気的に接続され、当該接地導体と上記環状線路との電気的接続/非接続を切り替え可能であり、
上記各回路開閉器の一端が上記環状線路に接続する部位はそれぞれ異なり、
上記各リアクタンス回路は、それぞれ同じリアクタンス値をとり、
上記環状線路の周長は上記リアクタンス値に応じて定められ、
M/2個の上記リアクタンス回路がそれぞれ、上記環状線路に対して並列に、かつ、上記環状線路の周方向〔以下、順方向という。〕に沿って、上記環状線路上で任意に定めた或る位置Kから、(L/M)×m〔mは、1≦m≦M/2を満たす整数とする。Lは、上記環状線路の周長とする。〕の距離だけ離れた位置に電気的に接続され、
M/2個の上記リアクタンス回路がそれぞれ、上記環状線路に対して並列に、かつ、上記順方向とは逆の方向で上記環状線路の周方向に沿って、上記位置Kから、(L/M)×mの距離だけ離れた位置に電気的に接続された
ことを特徴とする可変共振器。 - 誘電体基板上に設けられた環状線路と、
2つ以上の回路開閉器と、
M−2個〔Mは、4以上の偶数である。〕の第1リアクタンス回路と、
1個の第2リアクタンス回路と
を備え、
上記各回路開閉器は、その一端が上記環状線路に電気的に接続され、その他端が誘電体基板上に形成された接地導体に電気的に接続され、当該接地導体と上記環状線路との電気的接続/非接続を切り替え可能であり、
上記各回路開閉器の一端が上記環状線路に接続する部位はそれぞれ異なり、
上記各第1リアクタンス回路は、それぞれ同じリアクタンス値をとり、上記第2リアクタンス回路は、上記各第1リアクタンス回路のリアクタンス値の半分の値をとるものとし、
上記環状線路の周長は上記リアクタンス値に応じて定められ、
M/2−1個の上記第1リアクタンス回路がそれぞれ、上記環状線路に対して並列に、かつ、上記環状線路の周方向〔以下、順方向という。〕に沿って、上記環状線路上で任意に定めた或る位置Kから、(L/M)×m〔mは、1≦m≦M/2−1を満たす整数とする。Lは、上記環状線路の周長とする。〕の距離だけ離れた位置に電気的に接続され、
M/2−1個の上記第1リアクタンス回路がそれぞれ、上記環状線路に対して並列に、かつ、上記順方向とは逆の方向で上記環状線路の周方向に沿って、上記位置Kから、(L/M)×mの距離だけ離れた位置に電気的に接続され、
上記第2リアクタンス回路が、上記環状線路に対して並列に、かつ、上記位置Kから、L/2の距離だけ離れた位置に電気的に接続された
ことを特徴とする可変共振器。 - 誘電体基板上に設けられた、線路長が同じN個〔NはN≧3を満たす整数〕の線路と、
2個以上の回路開閉器と、
N個のリアクタンス回路と
を備え、
上記各線路のうち少なくとも1個は、上記回路開閉器が接続され、
上記各回路開閉器は、その一端が上記線路に電気的に接続され、その他端が誘電体基板上に形成された接地導体に電気的に接続され、当該接地導体と上記線路との電気的接続/非接続を切り替え可能であり、
上記各回路開閉器の一端が上記線路に接続する部位はそれぞれ異なり、
上記各リアクタンス回路は、それぞれ同じリアクタンス値をとり、
上記環状線路の周長は上記リアクタンス値に応じて定められ、
上記各線路間に、1個の上記リアクタンス回路が直列に電気的接続された
ことを特徴とする可変共振器。 - 誘電体基板上に設けられた、線路長が同じM−2個〔Mは、4以上の偶数である。〕の第i線路〔iは、1≦i≦M−2の整数〕と、上記第i線路の線路長の2倍の線路長の第0線路と、
2つ以上の回路開閉器と、
M個のリアクタンス回路と
を備え、
上記各第i線路あるいは上記第0線路のうち少なくとも1個は、上記回路開閉器が接続され、
上記各回路開閉器は、その一端が上記各第i線路あるいは上記第0線路のうちいずれか〔以下、接続線路という。〕に電気的に接続され、その他端が誘電体基板上に形成された接地導体に電気的に接続され、当該接地導体と上記接続線路との電気的接続/非接続を切り替え可能であり、
上記各回路開閉器の一端が上記接続線路に接続する部位はそれぞれ異なり、
上記各リアクタンス回路は、それぞれ同じリアクタンス値をとり、
上記環状線路の周長は上記リアクタンス値に応じて定められ、
上記第0線路の一端は、1個の上記リアクタンス回路を直列に介して、上記第i線路〔i=1〕の一端に電気的に接続され、
上記第i線路〔iは、1≦i<M/2−1の整数〕の他端は、1個の上記リアクタンス回路を直列に介して、上記第i+1線路の一端に電気的に接続され、
上記第i線路〔i=M/2−1〕の他端は、直列接続された2個の上記リアクタンス回路を直列に介して、上記第i+1線路の一端に電気的に接続され、
上記第i線路〔iは、M/2−1<i<M−2の整数〕の他端は、1個の上記リアクタンス回路を直列に介して、上記第i+1線路の一端に電気的に接続され、
上記第0線路の他端は、1個の上記リアクタンス回路を直列に介して、上記第i線路〔i=M−2〕の他端に電気的に接続された
ことを特徴とする可変共振器。 - 誘電体基板上に設けられた、線路長が同じM−2個〔Mは、4以上の偶数である。〕の第i線路〔iは、1≦i≦M−2の整数〕と、上記第i線路の線路長の2倍の線路長の第0線路と、
2つ以上の回路開閉器と、
M−1個の第1リアクタンス回路と、
1個の第2リアクタンス回路と
を備え、
上記各第i線路あるいは上記第0線路のうち少なくとも1個は、上記回路開閉器が接続され、
上記各回路開閉器は、その一端が上記各第i線路あるいは上記第0線路のうちいずれか〔以下、接続線路という。〕に電気的に接続され、その他端が誘電体基板上に形成された接地導体に電気的に接続され、当該接地導体と上記接続線路との電気的接続/非接続を切り替え可能であり、
上記各回路開閉器の一端が上記接続線路に接続する部位はそれぞれ異なり、
上記各第1リアクタンス回路は、それぞれ同じリアクタンス値をとり、上記第2リアクタンス回路は、上記各第1リアクタンス回路のリアクタンス値の二倍の値をとるものとし、
上記環状線路の周長は上記リアクタンス値に応じて定められ、
上記第0線路の一端は、1個の上記第1リアクタンス回路を直列に介して、上記第i線路〔i=1〕の一端に電気的に接続され、
上記第i線路〔iは、1≦i<M/2−1の整数〕の他端は、1個の上記第1リアクタンス回路を直列に介して、上記第i+1線路の一端に電気的に接続され、
上記第i線路〔i=M/2−1〕の他端は、上記第2リアクタンス回路を直列に介して、上記第i+1線路の一端に電気的に接続され、
上記第i線路〔iは、M/2−1<i<M−2の整数〕の他端は、1個の上記第1リアクタンス回路を直列に介して、上記第i+1線路の一端に電気的に接続され、
上記第0線路の他端は、1個の上記第1リアクタンス回路を直列に介して、上記第i線路〔i=M−2〕の他端に電気的に接続された
ことを特徴とする可変共振器。 - 上記接地導体と、上記接地導体に電気的に接続された上記回路開閉器の他端とを、受動素子を介して電気的に接続した
ことを特徴とする請求項1から請求項12のいずれかに記載の可変共振器。 - 上記接地導体と、上記接地導体に電気的に接続された上記回路開閉器の他端との電気的接続を、上記受動素子を介して行うか、上記受動素子を介さずに行うかのいずれかに切り替え可能な切替器を備えた
ことを特徴とする請求項13の記載の可変共振器。 - 上記環状線路において、伝送線路との結合部位を起点として可変共振器の共振周波数における電気長0、電気長πもしくはその整数倍の位置には上記回路開閉器の上記一端を接続しない
ことを特徴とする請求項1、2、3、7、8、9、13、14のいずれかに記載の可変共振器。 - 上記各回路開閉器のうちいずれか1つが、上記接地導体と上記環状線路との電気的接続を行うとする
ことを特徴とする請求項1から請求項15のいずれかに記載の可変共振器。 - 請求項1から請求項16のいずれかに記載の、少なくとも1つの可変共振器と、
伝送線路と
を備え、
上記可変共振器と上記伝送線路とは電気的に接続されている
ことを特徴とする可変フィルタ。 - 2つ以上の上記可変共振器それぞれについて、
各可変共振器を、一箇所の結合部位で上記伝送線路に対して並列接続し、
上記各可変共振器間をそれぞれ位相可変回路で接続した
ことを特徴とする請求項17に記載の可変フィルタ。 - 2つ以上の上記可変共振器それぞれについて、
各可変共振器を、一箇所の結合部位で上記伝送線路に対して並列接続し、
信号入力ポートと当該信号入力ポートから見て最初の可変共振器との間、上記各可変共振器間、信号出力ポートと当該信号出力ポートから見て最初の可変共振器との間、をそれぞれ可変インピーダンス変換回路で接続した
ことを特徴とする請求項17に記載の可変フィルタ。 - 2つ以上の上記可変共振器それぞれについて、
各可変共振器を、一箇所の結合部位で上記伝送線路に対して並列接続し、
上記各結合部位に、上記伝送線路と上記可変共振器との電気的接続/非接続を切り替え可能な第2の回路開閉器をそれぞれ備え、
上記各第2の回路開閉器を選択して、各可変共振器の全部または一部と上記伝送線路とを電気的に接続する
ことを特徴とする請求項17に記載の可変フィルタ。 - 1つ以上の上記可変共振器それぞれについて、
各可変共振器を、二箇所の結合部位で上記伝送線路に対して直列接続し、
二箇所の上記結合部位の間には、各可変共振器の環状線路においては環状線路の周長の半分の距離を設け、あるいは、全ての線路の合計線路長の半分の距離を設け、当該結合部位には回路開閉器を接続しない
ことを特徴とする請求項17に記載の可変フィルタ。 - 請求項1から請求項16のいずれかに記載の、1つの可変共振器と、
伝送線路T1および伝送線路T2と
を備え、
上記伝送線路T1の端部と上記可変共振器の環状線路ないし1個の線路との結合部位にて、上記伝送線路T2の端部が結合し、上記伝送線路T1と、上記伝送線路T2と、上記環状線路ないし1個の線路とが電気的に接続されており、
上記結合部位にて、上記伝送線路T1の端部と、上記伝送線路T2の端部とが、同一平面上にない
ことを特徴とする電気回路装置。 - 請求項1から請求項16のいずれかに記載の、1つの可変共振器と、
屈曲部を有する伝送線路T3と
を備え、
上記伝送線路T3の屈曲部と上記可変共振器の環状線路ないし1個の線路とが電気的に接続されている
ことを特徴とする電気回路装置。 - 上記伝送線路T3の屈曲部と上記可変共振器の環状線路ないし1個の線路とが電気的に接続された部位およびその近傍における上記可変共振器の環状線路ないし1個の線路は、上記伝送線路T3と略平行ではない
ことを特徴とする請求項23に記載の電気回路装置。
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